1、学院 姓名 学号 任课老师 选课号/座位号 密封线以内答题无效第 1 页 共 9 页电子科技大学二零 九 至二零 一零 学年第 一 学期期 末 考试半导体物理 课程考试题 B 卷 （ 120 分钟） 考试形式： 闭卷 考试日期 2010 年 元月 18 日课程成绩构成：平时 10 分， 期中 5 分， 实验 15 分， 期末 70 分一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 合计 复核人 签名得分签名一、填空题: （共 16 分，每空 1 分）1. 简并半导体一般是 重 掺杂半导体，这时 电离杂质 对载流子的散射作用不可忽略。2. 处在饱和电离区的 N 型 Si 半导体在温度升高后，电子迁移率会
2、 下降/ 减小 ，电阻率会 上升/增大 。3. 电子陷阱存在于 P/空穴 型半导体中。4. 随温度的增加，P 型半导体的 霍尔系数的符号 由正变为负 。5. 在半导体中同时掺入施主杂质和受主杂质，它们具有 杂质补偿 的作用，在制造各种半导体器件时，往往利用这种作用改变半导体的导电性能。6. ZnO 是一种宽禁带半导体，真空制备过程中通常会导致材料缺氧形成氧空位，存在氧空位的 ZnO 半导体为 N/电子 型半导体。7. 相对 Si 而言，InSb 是制作霍尔器件的较好材料，是因为其电子迁移率较 高/大 。8. 掺金工艺通常用于制造高频器件。金掺入半导体 Si 中是一种 深能级 杂质，通常起 复合
3、 中心的作用，使得载流子寿命减小。9. 有效质量 概括了晶体内部势场对载流子的作用，可通过回旋共振实验来测量。10. 某 N 型 Si 半导体的功函数 WS 是 4.3eV，金属 Al 的功函数 Wm 是 4.2 eV， 该半导得 分学院 姓名 学号 任课老师 选课号/座位号 密封线以内答题无效第 2 页 共 9 页体和金属接触时的界面将会形成 反阻挡层接触/欧姆接触 。11. 有效复合中心的能级位置靠近 禁带中心能级/本征费米能级/E i 。12. MIS 结构中半导体表面处于临界强反型时，表面少子浓度等于内部多子浓度，表面反型少子的导电能力已经足够强，称此时金属板上所加电压为 开启电压/阈
4、值电压 。13. 金属和 n 型半导体接触形成肖特基势垒，若外加正向偏压于金属，则半导体表面电子势垒高度将降低，空间电荷区宽度将相应地（减少/变窄/ 变薄） 。二、选择题（共 15 分，每题 1 分）1. 如果对半导体进行重掺杂，会出现的现象是 D 。A. 禁带变宽B. 少子迁移率增大C. 多子浓度减小D. 简并化2. 已知室温下 Si 的本征载流子浓度为 。处于稳态的某掺杂 Si 半导体3105.cmni中电子浓度 ，空穴浓度为 ，则该半导体 3150.cmn 2.pA 。A. 存在小注入的非平衡载流子B. 存在大注入的非平衡载流子C. 处于热平衡态D. 是简并半导体3. 下面说法错误的是
5、D 。A. 若半导体导带中发现电子的几率为 0，则该半导体必定处于绝对零度B. 计算简并半导体载流子浓度时不能用波尔兹曼统计代替费米统计C. 处于低温弱电离区的半导体，其迁移率和电导率都随温度升高而增大D. 半导体中，导带电子都处于导带底 Ec 能级位置4. 下面说法正确的是 D 。A. 空穴是一种真实存在的微观粒子B. MIS 结构电容可等效为绝缘层电容与半导体表面电容的的并联C. 稳态和热平衡态的物理含义是一样的得 分学院 姓名 学号 任课老师 选课号/座位号 密封线以内答题无效第 3 页 共 9 页D. 同一种半导体材料中，电子迁移率比空穴迁移率高5. 空间实验室中失重状态下生长的 Ga
6、As 与地面生长的 GaAs 相比，载流子迁移率要高，这是因为 B 。A. 无杂质污染B. 晶体生长更完整C. 化学配比更合理D. 宇宙射线的照射作用6. 半导体中少数载流子寿命的大小主要决定于 A 。A. 复合机构B. 散射机构C. 禁带宽度D. 晶体结构7. 若某材料电阻率随温度升高而单调下降，该材料是 A 。A. 本征半导体B. 杂质半导体C. 金属导体D. 简并半导体8. 对于只含一种杂质的非简并型半导体，费米能级随温度上升而 D 。A. 上升B. 下降C. 不变D. 经过一极值后趋近 Ei9. GaAs 具有微分负电导现象，原因在于在强电场作用下， A 。A. 载流子发生能谷间散射B
7、. 载流子迁移率增大C. 载流子寿命变大D. 载流子浓度变小10.以下 4 种不同掺杂情况的 N 型 Ge 半导体中，室温下 电子迁移率由大到小的顺序是 C 。a) 掺入浓度 1014 cm-3 的 P 原子；b) 掺入浓度 1015 cm-3 的 P 原子；c) 掺入浓度 21014 cm-3 的 P 原子，浓度为 1014 cm-3 的 B 原子；d) 掺入浓度 31015 cm-3 的 P 原子，浓度为 21015 cm-3 的 B 原子。A. abcdB. bcdaC. acbd学院 姓名 学号 任课老师 选课号/座位号 密封线以内答题无效第 4 页 共 9 页D. dcba11.以下
8、 4 种 Si 半导体，室温下功函数由大到小的顺序是 C 。a) 掺入浓度 1016 cm-3 的 B 原子；b) 掺入浓度 1016 cm-3 的 P 原子；c) 掺入浓度 1016 cm-3 的 P 原子，浓度为 1015 cm-3 的 B 原子；d) 纯净硅。A. abcdB. cdbaC. adcbD. dabc12.以下 4 种不同掺杂情况的半导体，热平衡时室温下少子浓度最高的是 D 。A. 掺入浓度 1015 cm-3 P 原子的 Si 半导体；B. 掺入浓度 1014 cm-3 B 原子的 Si 半导体；C. 掺入浓度 1015 cm-3 P 原子 Ge 半导体；D. 掺入浓度
9、1014 cm-3 B 原子 Ge 半导体。（已知室温时：Si 的本征载流子浓度 ，Ge 的本征载流子浓度3105.cmni）3104.2cmni13. 直接复合时，小注入的 P 型半导体的非平衡载流子寿命 d 决定于 B 。A. B. 01nrd 01prdC. D. 其它pd14. 在金属-SiO 2-p 型 Si 构成的 MIS 结构中，SiO 2 中分布的可动正电荷不会影响 C 。A. 半导体表面势B. 平带电压C. 平带电容D. 器件的稳定性15.不考虑表面态的影响，如需在 n 型硅上做欧姆电极，以下四种金属中最适合的是 A 。A. In (Wm=3.8 eV)学院 姓名 学号 任课
10、老师 选课号/座位号 密封线以内答题无效第 5 页 共 9 页B. Cr (Wm=4.6 eV)C. Au (Wm=4.8 eV)D. Al (Wm=4.2 eV)三、 问答题（共 31 分，共四题， 6 分10 分10 分5 分） 1. 写出下面能带图代表的半导体类型，掺杂程度。 （6 分）ECEVEFEiECEVEFEiECEVEFEiECEVEFEiECEVEFECEVEFEi(a) (b) (c)(d) (e) (f)答：(a) 强 n 型 (b) 弱 p 型 (c) 本征型或高度补偿型(d) 简并、p 型 (e) 弱 n 型 (f) 强 p 型2. 型半导体衬底形成的 MIS 结构，
11、画出外加不同偏压下积累、平带、耗尽、反型四种状态的能带图。画出理想的低频和高频电容-电压曲线。解释平带电压。 (10 分)答： 图略（各 2 分，共 8 分）平带电压：功函数或者绝缘层电荷等因素引起半导体内能带发生弯曲，为了恢复平带状态所需加的外加栅偏压。或者使半导体内没有能带弯曲时所加的栅电压。 （2 分）3. 写出至少两种测试载流子浓度的实验方法，并说明实验测试原理。 （10 分）答：可以采用 C-V 测试以及霍耳效应来测试载流子浓度；（2 分）方法： C-V 测试法： a)采用金半接触结构，测试 C-V 曲线，可以得到 曲线为一21VC:得 分学院 姓名 学号 任课老师 选课号/座位号
12、密封线以内答题无效第 6 页 共 9 页条直线，斜率为 ，因此可以求出掺杂浓度 ND 或 NA；b)若采用 MIS 结构，测试2()sDAqN高频 C-V 曲线，由 C-V 曲线的最大值求出氧化层厚度 d0，再结合最小值可以求出掺杂浓度；（4 分）方法：霍耳效应。霍耳实验中，根据 Ix，B z，d，测出霍耳电压 VH，由霍耳电压正负判断导电类型，因为 ，因此求出霍耳系数 RH；再根据 或 求出载流HxzdRIB 1pq1Rnq子浓度。 （4 分）4. 在一维情况下，描写非平衡态半导体中载流子（空穴）运动规律的连续方程为：，请说明上述等式两边各个单项所代表的物理意2ppppEDgtxx义。 （5
13、 分）答： 在 x 处，t 时刻单位时间、单位体积中空穴的增加数；（ 1 分）t由于扩散，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（1 分）2pD由于漂移，单位时间、单位体积中空穴的积累数；（1 分）ppEx由于复合，单位时间、单位体积中空穴的消失数；（1 分）p由于其他原因，单位时间、单位体积中空穴的产生数。 （1 分）g四、 计算题（共 38 分，8101010，共 4 题） 1. 有一块半导体硅材料，已知在室温下（300K）它的空穴浓度为 p0=2.251016cm-3,室温时硅的 Eg=1.12eV，n i=1.51010cm-3，k 0T=0.026eV。 （8 分） 计算这块半导体材料的
14、电子浓度；判断材料的导电类型；得 分学院 姓名 学号 任课老师 选课号/座位号 密封线以内答题无效第 7 页 共 9 页 计算费米能级的位置。解：（1） )(1025.13462002 cmpnii（2 分）因为 ，故该材料为 p 型半导体。 （2 分）0n（2） （4 分）eVnpTkEpiFi Fii37.0105.2l6l)ex(600即该 p 型半导体的费米能级在禁带中线下 0.37eV 处。（1 分2 分1 分）2. 某 p 型 Si 半导体中受主杂质浓度为 NA=1017cm-3 且在室温下完全电离， Si 的电子亲和能为 4.05eV，禁带宽度为 1.12eV， ，试求：3105
15、.cmni1) Si 半导体费米能级位置及功函数；2) 若不计表面态的影响，该 p 型 Si 半导体与银接触后是否能够形成阻挡层？已知银的功函数为 WAg=4.81eV。3) 若能形成阻挡层，求半导体一侧的势垒高度和势垒宽度。（室温下 k0T=0.026eV，Si 介电常数 r=12， 0=8.8510-14F/cm， C） (10 分)1906.q解：1) 费米能级： （2 分）(4.5.ln1070 eVETkEiiF学院 姓名 学号 任课老师 选课号/座位号 密封线以内答题无效第 8 页 共 9 页即位于禁带中心以下 0.41 eV 位置 （即 qVB=0.41 eV）功函数： （2 分
16、）)(03.52/eVqEWBgns 2) 对于 p 型 Si，因为 能够形成空穴阻挡层 （2 分）ms3) 半导体一侧的势垒高度： （2 分）)(2.eWVsD势垒宽度： （2 分）)(104.51068522 61794210 cmqNVxADrd 3. 假设室温下某金属与 SiO2 及 p 型 Si 构成理想 MIS 结构，设 Si 半导体中受主杂质浓度为NA=1.51015/cm3, SiO2 厚度 0.2 mm，SiO 2 介电常数 3.9，Si 介电常数 12。1) 求开启电压 VT；2) 若 SiO2-Si 界面处存在固定的正电荷 ,实验测得 VT=2.6eV, 求固定正电荷的电
17、荷量。（k 0T=0.026eV，Si: , 0=8.8510-14 F/cm， C）(10 分)3105.cmni 1906.q解：1) 费米势： （2 分）)(6.)l(0VNqTkViAB表面电荷量： （1 分）)(105.648210CqxQABrsdmAs 绝缘层电容： （1 分）)/(72.1/ 2800 cFCri 开启电压： （2 分）)(.47.0530 VVVBssT 2) 开启电压变化即平带电压的变化： （2 分）)(6.10CQfcFBT固定电荷量： （2 分）)(1079.280CVQTfc 4Pt/Si 肖特基二极管在 T=300K 时生长在掺杂浓度为 ND=101
18、6cm-3 的 n 型Si 上。肖学院 姓名 学号 任课老师 选课号/座位号 密封线以内答题无效第 9 页 共 9 页特基势垒高度为 0.89eV。计算 1）En=E C-EF，2）qV D,，3）忽略势垒降低时的 JST，4）使J=2A/cm2 时的外加偏压 V。 （10 分）解：（1 分）001)exp()lncFDcccFDENkTE（1 分） 1962.8.l0.2cF eV（2 分）2).4DnsqVEe（2 分）203xp()nsSTqJAkT（1 分）2 82.89.13e()3.01/6Acm（2 分） 04)xp()1STqVJk（1 分）82ln().6ln(1)0.4673.09STJ V
